對中國煤制天然氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行研究論文
我國一次能源資的特點(diǎn)是“富煤、少氣”，天然氣供需矛盾突出、缺口逐年增大已是不可回避的嚴(yán)峻現(xiàn)實，這對能源的安全供應(yīng)、國民經(jīng)濟(jì)的平穩(wěn)運(yùn)行以及全社會的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。 煤炭是我國一次能源的主體， 它不僅是主要的工業(yè)燃料，還是重要的化工原料，煤炭企業(yè)走煤基產(chǎn)業(yè)鏈的多元化發(fā)展路徑，實現(xiàn)煤炭的清潔利用，有以下幾種思路可供選擇：①瞄準(zhǔn)能源大市場，著力開發(fā)生產(chǎn)煤制油和煤制天然氣等，以大市場帶動產(chǎn)業(yè)大發(fā)展;②生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品;③進(jìn)行煤炭的高效清潔發(fā)電及輸送。 發(fā)展煤化工、煤制氣是富煤地區(qū)、煤炭企業(yè)的重要方向。近年來，煤炭成為引起大面積霧霾等大氣污染的主要因素，天然氣因清潔環(huán)保的特性成為理想能源，然而，我國天然氣供應(yīng)緊張，京津冀等地的“煤改氣”進(jìn)一步加劇了緊張局面。
煤制天然氣在美國大平原成功運(yùn)行 40 多年，技術(shù)上是可行的;近期中俄東線天然氣供應(yīng)協(xié)議的簽訂進(jìn)一步推進(jìn)氣價改革，我國煤炭行情的低迷、天然氣價格的上漲使其經(jīng)濟(jì)性看好。 特別是，將低階煤炭轉(zhuǎn)化成緊俏清潔的天然氣是將相對富余資源轉(zhuǎn)為稀缺資源的過程，能夠調(diào)整煤炭消費(fèi)結(jié)構(gòu)， 實現(xiàn)煤炭的清潔利用，豐富了天然氣來源的多元化。
1 煤制天然氣產(chǎn)業(yè)流程介紹
煤制天然氣產(chǎn)業(yè)鏈包括煤炭開采、運(yùn)輸、轉(zhuǎn)化(煤制天然氣)、管網(wǎng)輸送 4個環(huán)節(jié)。 前兩個環(huán)節(jié)投資門檻較低，而煤制天然氣工廠及長輸天然氣管網(wǎng)的建設(shè)需要巨額投資。 煤制天然氣工廠的工藝流程煤氣化生成合成氣、耐硫變換部分轉(zhuǎn)化 CO、脫碳調(diào)整氫碳比、甲烷化等單元，其中煤氣化及甲烷化技術(shù)是煤制天然氣項目的關(guān)鍵技術(shù)，其余單元各項技術(shù)及裝備基本實現(xiàn)國產(chǎn)化，實踐證明其技術(shù)風(fēng)險小。 煤氣化技術(shù)包括固定床的魯奇爐碎煤加壓氣化技術(shù)、Mark Plus(MK+)氣化技術(shù)、BGL 煤氣化技術(shù)， 還有氣流床的 Shell 粉煤氣化工藝、Texaco 水煤漿加壓氣化工藝、E-gas 水煤漿加壓氣化工藝、GSP 粉煤氣化工藝等， 國產(chǎn)化的煤氣化技術(shù)有東方爐、航天爐、清華爐等。
2 我國煤制天然氣行業(yè)現(xiàn)狀
國家對煤制天然氣行業(yè)的`態(tài)度經(jīng)歷了 2010~2012 年的政策約束期到 2013 年以后的相對寬松期，但國家態(tài)度依然是相對謹(jǐn)慎，要求科學(xué)、有序、規(guī)范發(fā)展。目前煤制天然氣行業(yè)的特征主要有：①煤制天然氣投資巨大，參與主力以神華、中海油、華能、華電、大唐、國電、中電投等大型能源央企為主。 ②新疆、內(nèi)蒙古、山西成為發(fā)展煤制天然氣的主戰(zhàn)場。 ③煤制天然氣問題顯著存在， 消耗大、CO2排放大、廢水難處理成為制約煤制天然氣項目能否 “核準(zhǔn)”或獲得“路條”的瓶頸。 ④國家對煤制天然氣行業(yè)的管理日益標(biāo)準(zhǔn)化。2014 年，《煤制天然氣單位產(chǎn)品能源消耗限額》(GB 30179-2013) 發(fā)布， 對現(xiàn)有煤制天然氣企業(yè)能耗限額限定值指標(biāo)和新建企業(yè)能耗限額準(zhǔn)入值指標(biāo)進(jìn)行了強(qiáng)制性要求。目前國家核準(zhǔn)的首批示范項目有 4個，2013、2014 年陸續(xù)有十幾個項目獲得路條。 首批示范項目已投產(chǎn)，但還需時間來實現(xiàn)長期穩(wěn)定運(yùn)行。 國家能源局初步規(guī)劃到 2020 年，煤制天然氣要達(dá)到 500 億 m3以上，占國產(chǎn)氣的 12.5%.
3 必要性分析
目前國內(nèi)將煤炭轉(zhuǎn)化為能源產(chǎn)品或精細(xì)化工產(chǎn)品的方式，主要有煤制油、煤制甲醇和二甲醚、煤制天然氣等。 煤制天然氣技術(shù)流程短、各項技術(shù)較成熟、風(fēng)險較小，在技術(shù)上有著先天優(yōu)勢。 煤制天然氣特點(diǎn)有：能量轉(zhuǎn)化效率最高;單位熱值耗水量煤制天然氣最低，這對于富煤缺水的西部地區(qū)更為有利。 即便如此，煤制天然氣受追捧的根本原因在于清潔的天然氣具有強(qiáng)烈的市場需求，同時其經(jīng)濟(jì)性也被看好，發(fā)展前景廣闊。
3.1 天然氣需求旺盛全國持續(xù)出現(xiàn)大范圍霧霾天氣，天然氣作為優(yōu)質(zhì)清潔能源，成為治霾的重要手段。 各地紛紛推進(jìn)“煤改氣”、“油改氣”計劃，天然氣需求迅猛增長。 天然氣汽車的迅猛發(fā)展進(jìn)一步加大了對天然氣的需求。 天然氣作為清潔能源，在我國一次能源中的消費(fèi)比重逐步上升，從 2010 年的 3.5%提升到了 2013年的 5.9%， 但與發(fā)達(dá)國家 30%的比例差距仍然較大。 國務(wù)院 2014 年 4 月轉(zhuǎn)發(fā)《關(guān)于保障天然氣穩(wěn)定供應(yīng)長效機(jī)制的若干意見》指出，到 2020 年天然氣供應(yīng)能力達(dá)到 4000 億 m3， 力 爭達(dá)到 4200 億 m3(2013 年為 1692 億 m3)，其中要求滿足“煤改氣”工程的天然氣需求為 1120 億 m3。 對天然氣如此巨大的需求是煤制天然氣得以生存的根本，未來將成為“氣化中國”的生力軍。
3.2 經(jīng)濟(jì)性淺析煤制天然氣項目比一般的制造業(yè)復(fù)雜，屬于技術(shù)資金密集型產(chǎn)業(yè)，前期工程資金投入量大，其中設(shè)備投資占的比重較高，設(shè)備投產(chǎn)后因高昂的折舊費(fèi)，一旦停產(chǎn)便會損失慘重，還包括人員中毒事故的直接損失、事故修復(fù)和環(huán)保處理待檢等環(huán)節(jié)成本，項目回報周期更長。 研究顯示，煤制天然氣項目的回報周期在 7.5 年左右。
4 面臨問題
發(fā)展煤制天然氣項目有著技術(shù)上成熟、在煤化工中能量轉(zhuǎn)化率占優(yōu)、 經(jīng)濟(jì)性看好等一系列優(yōu)勢，但作為一個新興的系統(tǒng)工程，出現(xiàn)質(zhì)疑、問題也在所難免。
4.1 能源二次轉(zhuǎn)化問題煤制天然氣將一次能源轉(zhuǎn)化為二次能源，必定存在一定的能量損耗。 煤的清潔利用主要有清潔燃煤發(fā)電及煤制天然氣兩個路線。 目前清潔燃煤發(fā)電技術(shù)主要有兩種技術(shù)路線：一 種是 IGCC 為 代表的技術(shù)，利用成熟的煤氣化技術(shù)，集成蒸汽燃?xì)饴?lián)合循環(huán)技術(shù)實現(xiàn)高效清潔發(fā)電， 但系統(tǒng)相對復(fù)雜，投資偏高;另一種是通過提高常規(guī)發(fā)電機(jī)組的蒸汽參數(shù)來提高效率， 即超臨界機(jī)組和超臨界機(jī)組，該技術(shù)在國外已實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，我國在該項技術(shù)及關(guān)鍵裝備的國產(chǎn)化方面還存在一定瓶頸。 清潔燃煤發(fā)電技術(shù)的污染物排放量已經(jīng)接近了天然氣發(fā)電污染物排放水平，是目前最清潔、能效最高的用煤方式，也是煤制天然氣乃至煤化工面臨質(zhì)疑的關(guān)鍵所在
。4.2 技術(shù)風(fēng)險煤制天然氣雖然技術(shù)上是成熟的，但作為一個龐大的系統(tǒng)工程，無專門技術(shù)人才，操作工需要較長時間熟悉裝置操作，技術(shù)風(fēng)險同樣存在。 以劣質(zhì)褐煤作原料的大唐克旗煤制天然氣項目成功投產(chǎn)不足一月就停產(chǎn)的主要原因在于之前沒做好試燒試驗，煤中含有的堿性物質(zhì)使得氣化爐內(nèi)壁腐蝕及內(nèi)夾套減薄等。 大唐停止了克旗、阜新同樣流程生產(chǎn)線的投產(chǎn)，接下來將在煤質(zhì)參數(shù)方面進(jìn)行深入研究。
4.3 環(huán)境污染問題我國煤制天然氣產(chǎn)業(yè)高耗水， 主要分布在新疆、內(nèi)蒙等西部地區(qū)，可能會加劇當(dāng)?shù)厝彼疇顩r。 煤氣化廢水含有大量酚類等有毒有害物質(zhì)，高濃度難生物降解， 可能會影響當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境及下游用水。國內(nèi)外煤制天然氣廢水處理技術(shù)普遍存在出水效果不理想、系統(tǒng)穩(wěn)定性差和處理成本高等問題。 尋求經(jīng)濟(jì)性、水質(zhì)處理好、工藝穩(wěn)定性強(qiáng)、運(yùn)行費(fèi)用低的煤制天然氣廢水處理工藝已經(jīng)成為煤制天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的迫切需求。
5 建議
煤制天然氣能部分緩解中國的天然氣“氣荒”，也能推動煤炭清潔利用的步伐，是當(dāng)前中國“能源轉(zhuǎn)型最現(xiàn)實的選擇”， 煤制天然氣產(chǎn)業(yè)的黃金時代即將來臨。 煤制天然氣作為一個全新的工藝技術(shù)，設(shè)計是靈魂，材料裝備是條件，工藝操作是基本保障，是一個龐大的系統(tǒng)工程。 由于工藝技術(shù)復(fù)雜，難免存在一定的技術(shù)風(fēng)險，環(huán)保風(fēng)險、管輸風(fēng)險、標(biāo)準(zhǔn)不一等也是制約煤制天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素。煤制天然氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)程中除去應(yīng)重視設(shè)計工作、加快專業(yè)人才培養(yǎng)及技術(shù)攻關(guān)之外，還應(yīng)做好以下幾項工作：
(1)示范工程項目進(jìn)行或完成后及時進(jìn)行經(jīng)驗總結(jié)，對出現(xiàn)的問題進(jìn)行深刻的反思，采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施，為國家后續(xù)項目的順利推進(jìn)起到應(yīng)有的示范作用。
(2)重視煤制天然氣管輸，應(yīng)充分調(diào)研以做好管輸成本預(yù)算工作， 解決好目標(biāo)用戶的開發(fā)問題，這是煤制天然氣項目得以盈利的保障。
(3)國家應(yīng)統(tǒng)籌煤制天然氣項目及目標(biāo)用戶的天然氣標(biāo)準(zhǔn)，盡快制定出臺明確的、上下統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)該產(chǎn)業(yè)的有序健康發(fā)展。
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